Американские и украинские ученые при исследовании сегнетоэлектрика LiNbO₃ обнаружили новый физический эффект, проявляющийся в "сохранении" и "воспроизведении" ультразвукового сигнала в определенном частотном диапазоне.

Сегнетоэлектрики - это вещества, обладающие в определенном диапазоне температур спонтанной поляризацией. Благодаря своим необычным свойствам (существование спонтанной поляризации, большие значения диэлектрической проницаемости и т.д.) сегнетоэлектрики используются во многих областях, помимо традиционных применений (в электромеханических устройствах, нелинейной оптике и т.д.) в последнее десятилетие сегнетоэлектрики также активно используются в электронике (смарт-карты, логические приборы с изменяемой конфигурацией, перепрограммируемые микроконтроллеры и другие устройства с сегнетоэлектрической памятью ). Одним из активно используемых сегнетоэлектрических материалов является ниобат лития, LiNbO₃; это вещество используется для изготовления пьезоэлектрических преобразователей, для записи голограмм, для создания фотонных кристаллов... Cобственно, читатели наших новостей могут вспомнить, что ниобат лития уже неоднократно фигурировал в них в качестве "героя второго плана " (05.12.01 , 10.03.02 ). На сей же раз LiNbO₃ получил главную роль.

Рис.1. Осциллограммы, демонстрирующие эффект акустической памяти; a - частота ультразвука - 16.4 МГц, температура - 24 C, b- частота ультразвука - 25.9 МГц, температура - 24 C.

Как выяснилось, несмотря на то, что ученые работают с LiNbO₃ уже давно, он еще способен проявить себя с необычной стороны. При исследовании нелинейных акустических свойств кристаллов ниобата лития исследователи из университета Миссисипи и Киевского университета обнаружили новый физический эффект, "акустическую память". В их экспериментах с помощью пьезоэлектрического преобразователя (использовались разные типы генераторов ультразвука), расположенного на одной стороне кристалла LiNbO₃, генерировался ультразвуковой (с частотой порядка нескольких десятков МГц) сигнал, который регистрировался с помощью приемника (использовались разные типы приемников), расположенного на другой стороне кристалла. Сигнал поглощался за несколько проходов от одной грани кристалла до другой, а потом, после паузы в несколько десятков микросекунд, возникал снова (см. рис.1) - "высвобождался". Ситуация, когда сигнал как бы сохраняется в кристалле, а потом высвобождается, и дает основание говорить об акустической памяти.

Эксперименты показали, что амплитуда "высвобожденного" сигнала и время задержки зависят от частоты ультразвука и температуры: с увеличением частоты увеличивается время, проходящее до "переизлучения" сигнала (ср. рис.1a и рис.1b), с ростом температуры амплитуда высвобожденного сигнала падает (при увеличении температуры до 75 C эффект исчезает). Исследователи полагают, что эффект акустической памяти в ниобате лития связан со взаимодействием ультразвука с доменной структурой (подобно доменам в магнитных материалах, в сегнетоэлектриках также существуют домены, области с различным направлением вектора поляризации). Вследствие пьезоэлектрического эффекта ультразвук вызывает перераспределение электрического заряда в доменах, после прекращения ультразвукового воздействия в течении определенного времени (с чем и связана задержка) в системе происходит релаксация - обратное перераспределение заряда, что вызывает движение доменных стенок, которое и регистрируется приемником. Частотный диапазон, в котором наблюдается эффект, связан с характерным размером сегнетоэлектрических доменов (порядка 200 мкм), а температурное поведение - со "смазыванием" картины релаксации при росте температуры.

1. Michael S.McPherson, Igor Ostrovski and M.A.Breazeale. Phys.Rev.Lett., v.89, 115506 (2002).

Е.Онищенко.